TUGAS MAKALAH TURBIN GAS
Di susun oleh: Nama : DWI NUGROHO Nim
: 091210342
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PONTIANAK 2013 0
BAB I PENDAHULUAN
A.
Latar Belakang Turbin adalah mesin penggerak, dimana energy fluida kerja dipergunakan
langsung untuk memutar roda turbin. Jadi, berbeda dengan yang terjadi dengan mesin torak, pada turbin tidak terdapat bagian mesin yang bergerak translasi. Bagian turbin yang berputar dinamai rotor atau roda turbin., sedangkan bagian yang tidak berputar dinamai stator atau rumah turbin. Roda turbin terletak di dalam rumah turbin dan roda turbin memutar poros daya yang menggerakkan atau memutar bebannya (generator listrik, pompa, kompresor, baling-baling atau mesin lainnya). Di dalam turbin, fluida kerja mengalami proses ekspansi, yaitu proses penurunan tekanan dan mengalir secara kontinu. Kerja fluida dapat berupa air, uap air, atau gas. Secara umum, sistem turbin terdiri dari beberapa komponen, antara lain: kompresor, pompa, ketel uap (boiler), ruang bakar, kondensor dan turbin. Turbin banyak di manfatkan untuk pembangkit listrik, pesawat terbang, di dalam industry, dan lain-lain. Di dalam makalah ini, akan di bahas khusus pada turbin gas baik dalam siklus, klasifikasi, komponen-komponen yang ada, dan prinsip kerja dari turbin tersebut serta aplikasi turbin yang akan di gunakan.
1
B.
Tujuan Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mempelajari tentang
turbin gas. Manfaat penulisan makalah ini bagi penulis yaitu mendapatkan pengertian dan penjelasan tentang karakteristik turbin gas. Sedangkan bagi para pembaca diharapkan makalah ini dapat menjadi sumbangan dalam memperkaya pengetahuan dan memberikan kesempatan untuk mempelajarinya lebih lanjut.
2
BAB II PEMBAHASAN
A.
Pengertian Turbin Gas Turbin gas adalah sebuah mesin panas pembakaran dalam, proses kerjanya
seperti motor bakar yaitu udara atmosfer dihisap masuk kompresor dan dikompresi, kemudian udara mampat masuk ruang bakar dan dipakai untuk proses pembakaran, sehingga diperoleh suatu energi panas yang besar. Energi panas tersebut diekspansikan pada turbin dan menghasilkan energi mekanik pada poros. Sisa gas pembakaran yang ke luar turbin menjadi energi dorong (turbin gas pesawat terbang). Jadi jelas bahwa turbin gas adalah mesin yang dapat mengubah energi panas menjadi energi mekanik atau dorong. Persamaan turbin gas dengan motor bakar adalah pada proses pembakarannya yang terjadi di dalam mesin itu sendiri. Disamping itu proses kerjanya adalah sama yaitu: hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi konstruksinya.
Motor
dan
buang.
bakar
Perbedaannya
kebanyakan
adalah
bekerja
terletak
gerak
pada
bolak-balik
(reciprocating) sedangkan turbin gas adalah mesin rotasi, proses kerja motor bakar bertahap (intermiten), untuk turbin gas adalah kontinyu dan gas buang pada motor bakar tidak pernah dipakai untuk gaya dorong.
3
Gambar. Mesin pembakaran dalam (turbin gas dan motor bakar) Turbin gas bekerja secara kontinyu tidak betahap, semua proses yaitu hisap, kompresi, pembakaran dan buang adalah berlangsung bersamaan. Pada motor bakar yang prosesnya bertahap yaitu yang dinamakan langkah, yaitu langkah hisap, kompresi, pembakaran, ekspansi dan langkah buang. Antara langkah satu dan lainnya saling bergantung dan bekerja bergantian. Pada proses ekspansi turbin gas, terjadi perubahan energi dari energi panas mejadi energi mekanik putaran poros turbin, sedangkan pada motor bakar pada langkah ekspansi terjadi perubahan dari energi panas menjadi energi mekanik gerak bolak-balik torak. Dengan kondisi tersebut, turbin gas bekerja lebih halus dan tidak banyak getaran.
4
B.
Prinsip Kerja Turbin Gas Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet).
Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).
Gambar. Turbin gas
5
Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut: 1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan. 2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar. 3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle). 4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan. Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugian - kerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugiankerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:
Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
Adanya mechanical loss, dsb.
6
C.
Klasifikasi Turbin Gas Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan
lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:
Turbin gas siklus terbuka (Open cycle) Sebuah turbin gas siklus terbuka sederhana terdiri dari kompresor, ruang bakar dan turbin. Kompresor mengambil udara ambien dan menaikkan tekanannya. Panas ditambahkan pada udara di ruang bakar dengan membakar bahan bakar dan meningkatkan suhunya. Gas-gas yang dipanaskan keluar dari ruang pembakaran yang kemudian diekspan ke turbin membuat mekanik bekerja. Selanjutnya daya yang dihasilkan oleh turbin digunakan untuk mendorong kompresor dan aksesoris lainnya dan sisanya digunakan untuk pembangkit listrik. Karena udara ambien masuk ke kompresor dan gas yang keluar dari turbin di buang ke atmosfer, media kerja harus digantikan terus-menerus. Jenis siklus ini dikenal sebagai siklus turbin gas terbuka dan umum digunakan di sebagian besar pembangkit listrik turbin gas karena memiliki banyak kelebihan. Sangat penting mencegah debu memasuki kompresor untuk meminimalkan erosi dan deposisi pada bilah dan bagian-bagian kompresor dan turbin yang dapat merusak profil dan efisiensinya. Pengendapan karbon dan abu pada bilah turbin sama sekali tidak diinginkan karena akan mengurangi efisiensi turbin.
7
Gambar. Turbin gas siklus terbuka
Turbin gas siklus tertutup (Close cycle) Siklus gas turbin tertutup yang berasal dan dikembangkan di Swiss. pada tahun 1935, J. Ackeret dan C. Keller pertama kali diusulkan jenis mesin dan pabrik pertama selesai pada tahun 1944 di Zurich. Dalam turbin gas siklus tertutup, fluida kerja (udara atau gas) keluar dari kompresor dipanaskan dalam pemanas dengan sumber eksternal pada tekanan konstan. Suhu tinggi dan tekanan udara tekanan tinggi keluar dari pemanas eksternal dilewatkan melalui turbin. Cairan yang keluar dari turbin didinginkan ke suhu aslinya dalam pendingin menggunakan sumber pendingin eksternal sebelum diteruskan ke kompresor. Fluida kerja terus digunakan dalam sistem tanpa fase dan panas yang dibutuhkan diberikan kepada fluida kerja dalam penukar panas.
8
Gambar. Turbin gas siklus tertutup Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal. Berdasarkan konstruksi poros, turbin gas diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu :
Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft) Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.
9
Gambar. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft) Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses.
Gambar. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft) Berdasarkan aplikasi dari turbin gas, diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu :
Industrial heavy-duty gas turbine Daya keluaran yang besar. Berumur panjang. Memiliki efisiensi paling tinggi dibanding tipe turbin gas lain. Tidak berisik dibandingkan dengan Aircraft-derivative gas turbine.
10
Gambar. Industrial heavy-duty gas turbine
Aircraft-derivative gas turbine Paling banyak digunakan pada Power Plant. Biaya instalasi yang relative murah. Peralatan start-up membutuhkan daya yang kecil. Proses start-up dan shut-down dapat dilakukan dengan cepat. Dapat meng-handle fluktuasi perubahan beban.
Gambar. Aircraft-derivative gas turbine
11
Berdasarkan kapasitas, turbin gas diklasifikasikan dalam dua jenis, yaitu :
Medium-range gas turbine Kapasitas berkisar antara 5000 – 15000 hp (3,7 – 11,2 MW). Memiliki efisiensi yang cukup tinggi. Pada kompresor terdapat 10 – 16 tingkat sudu, dengan rasio tekanan sekitar 5 – 11. Biasanya
menggunakan
regenerator
untuk
meninggkatkan
efisiensi.
Small gas turbine Kapasitas dibawah 500 hp (3,7 MW). Biasanya menggunakan kompresor sentrifugal. Memiliki efisiensi sekitar 20 %, karena :
Efisiensi kompresor sentrifugal yang digunakan memiliki efisiensi lebih rendah disbanding kompresor aksial.
Temperatur masuk pada turbin diusahakan tidak melebihi 1700 ° F (927° C).
D.
Siklus Turbin Gas Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum, yaitu: a. Siklus Ericson Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik (reversible isobaric).
12
Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah : hth = 1 – T1/Th, dimana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas. b. Siklus Stirling Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus Ericson. c. Siklus Brayton Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut:
Gambar. Sistem turbin gas, diagram P-v, diagram T-s
13
Proses 1 ke 2 (kompresi isentropik). Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 – h1). Proses 2 ke 3 pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Jumlah kalor yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 – h2). Proses 3 ke 4 ekspansi isentropik didalam turbin. Daya yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 – h4). Proses 4 ke 1 pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR = (ma + mf) (h4 – h1).
E.
Komponen Utama Turbin Gas Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet
section, compressor section, combustion section, turbine section, dan exhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil system, cooling system, dan beberapa komponen pendukung lainnya. Berikut ini penjelasan tentang komponen utama turbn gas: 1. Air Inlet Section Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:
14
a. Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat peralatan pembersih udara. b. Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk. c. Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house. d. Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial. e. Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor. f. Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan. 2. Compressor Section Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow compressor terdiri dari dua bagian yaitu: a. Compressor
Rotor
Assembly.
Merupakan
bagian
dari
kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini
15
memiliki 17 tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor. b. Compressor Stator. Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari:
Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.
Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat empat stage kompresor blade.
Aft Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat compressor blade tingkat 5-10.
Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.
3. Combustion Section Pada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan
16
sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah : a. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk. b. Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran. c. Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner. d. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar. e. Transition
Fieces,
berfungsi
untuk
mengarahkan
dan
membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas. f. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber. g. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi.
17
4. Turbin Section Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak compresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan. Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut : a. Turbin Rotor Case b. First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel. c. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor. d. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel. e. Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar. 5. Exhaust Section Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu : (1) Exhaust Frame
18
Assembly, dan (2)Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plenum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada exhaust area terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperatur trip. Komponen penunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut: 1. Starting Equipment Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenisjenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya adalah :
Diesel Engine, (PG –9001A/B).
Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03).
Gas Expansion Turbine (Starting Turbine).
2. Coupling dan Accessory Gear Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu:
Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor.
19
Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear dengan HP turbin rotor.
Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor beban.
3. Fuel System Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas. 4. Lube Oil System Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian-bagian utama turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil system terdiri dari:
Oil Tank (Lube Oil Reservoir).
Oil Quantity.
Pompa.
Filter System.
Valving System.
Piping System.
Instrumen untuk
20
Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu:
Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil.
Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun.
Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
5. Cooling System Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. Komponen-komponen utama dari cooling system adalah:
Off base Water Cooling Unit.
Lube Oil Cooler.
Main Cooling Water Pump.
Temperatur Regulation Valve.
Auxilary Water Pump.
Low Cooling Water Pressure Swich.
21
F.
Bahan Bakar Turbin Gas Bahan bakar untuk turbin gas harus memenuhi persyaratan tertentu sebelum
digunakan pada proses pembakaran. Persyaratan tersebut yaitu bahan bakar mempunyai kadar abu yang tidak tinggi. Dengan alasan, bahan bakar yang mempunyai kadar abu yang tinggi, pada proses pembakaran dihasilkan gas pembakaran yang mengandung banyak partikel abu yang keras dan korosif. Gas pembakaran dengan karakteristik tersebut, akan mengenai dan merusak sudu-sudu turbin pada waktu proses ekspansi pada temperatur tinggi. Dengan persyaratan tersebut, bahan bakar yang memenuhi persyaratan adalah bahan bakar cair dan gas. Bahan bakar cair dan gas cenderung mempunyai kadar abu yang rendah jika dibandingkan dengan bahan bakar padat, sehingga lebih aman digunakan sebagai bahan bakar turbin gas. Bahan bakar yang digunakan turbin gas pesawat terbang, persyaratan yang haus dipenui adalah lebih ketat, hal ini karena menyangkut faktor keamanan dan keberhasilan selama turbin gas beroperasi. Adapun persyaratannya adalah : 1. Nilai kalor per satuan berat dari bahan bakar harus tinggi. Dengan jumlah bahan bakar yang sedikit dan ringan dengan tetapi nilai kalornya tinggi sangat menguntungkan karena mengurangi berat pesawat terbang secara keseluruhan. 2. Kemampuan menguap (volatility) dari bahan bakar tidak terlalu tinggi, oleh karena pada harga volatility yang tinggi bahan bakar akan mudah sekali menguap, terutama pada ketinggian tertentu. Hal ini akan
22
membahayakan karena bahan bakar menjadi mudah terbakar. Disamping itu, saluran bahan bakar mudah tersumbat karena uap bahan bakar. 3. Kemurnian dan kestabilan bahan bakar harus terjamin, yaitu bahan bakar tidak mudah mengendap, tidak banyak mengandung zat-zat seperti air, debu, dan belerang. Kandungan zat zat tersebut apabila terlalu banyak akan sangat membahayakan pada proses pembakaran. Khusus untuk belerang, zat ini akan korosif sekali pada material sudu turbin. 4. Flash point dan titik nyala tidak terlalu rendah, sehingga penyimpanan lebih aman. 5. Gradenya harus tinggi, bahan bakar harus mempunyai kualitas yang bagus, tidak banyak mengandung unsur-unsur yang merugikan seperti dyes dan tretaetyl lead. Dengan karakteristik bahan bakar untuk turbin gas pesawat terbang seperti yang disebutkan di atas, terlihat bahwa bahan bakar tersebut adalah bermutu tinggi, untuk menjamin faktor keamanan yang tinggi pada operasi turbin gas selama penerbangan. Kegagalan operasi berakibat sangat fatal yaitu turbin gas mati, pesawat terbang kehilangan gaya dorong, kondisi ini dapat dipastikan pesawat terbang akan jatuh. Bahan bakar pesawat yang biasa digunakan adalah dari
jenis gasolin
dan
kerosen
atau
campuran
keduanya,
tentunya
sudah dimurnikan dari unsur-unsur yang merugikan. Sebagai contoh, standar yang dikeluarkan American Society for Tinting Material Spesification (ASTM) seri D1655, yaitu Jet A, Jet A1, Jet B. Notasi A, A, dan B membedakan titik bekunya.
23
G.
Proses Pembakaran Turbin Gas Pada gambar, dapat dilihat dari konstruksi komponen ruang bakar, apabila
digambarkan ulang dengan proses pembakaran adalah sebagai berikut:
Gambar. Ruang bakar dan proses pembakaran turbin gas Proses pembakaran dari turbin gas adalah mirip dengan pembakaran mesin diesel, yaitu proses pembakarannya pada tekanan konstan. Prosesnya adalah sebagai berikut, udara mampat dari kompresor masuk ruang bakar, udara terbagi menjadi dua, yaitu udara primer yang masuk saluran primer, berada satu tempat dengan nosel, dan udara mampat sekunder yang lewat selubung luar ruang bakar. Udara
primer
masuk
ruang
bakar
melewati
swirler,
sehingga
alirannya berputar. Bahan bakar kemudian disemprotkan dari nosel ke zona primer, setelah keduanya bertemu, terjadi pencampuran. Aliran udara primer yang berputar akan membantu proses pencampuran, hal ini menyebabkan campuran lebih homogen, pembakaran lebih sempurna. Udara sekunder yang masuk melalui lubang-lubang pada selubung luar ruang bakar akan membantu proses pembakaran pada zona sekunder. Jadi, zona sekunder akan menyempurnakan pembakaran dari zona primer.
24
Disamping untuk membantu proses pembakaran pada zona sekunder, udara sekunder juga membantu pendinginan ruang bakar. Ruang bakar harus didinginkan, karena dari proses pembakaran dihasilkan temperatur yang tinggi yang merusak material ruang bakar. Maka, dengan cara pendinginan udara sekunder, temperatur ruang bakar menjadi terkontrol dan tidak melebihi dari yang diijinkan. Pada gambar di atas, terlihat zona terakhir adalah zona pencampuran (dillute zone), adalah zona pencampuran gas pembakaran bertemperatur tinggi dengan sebagian udara sekunder. Fungsi udara pada sekunder pada zona itu adalah mendinginkan gas pembakaran yang bertemperatur tinggi menjadi temperatur yang aman apabila mengenai sudu-sudu turbin ketika gas pembakaran berekspansi. Disamping itu, udara sekunder juga akan menambah massa dari gas pembakaran sebelum masuk turbin, dengan massa yang lebih besar energi potensial gas pembakaran juga bertambah. Apabila Wkinetik adalah energi kinetik gas pemabakaran dengan kecepatan V, massa sebelum ditambah udara sekunder adalah m1 maka energi kinetiknya adalah sebagai berikut:
Proses pembakaran pada turbin gas memerlukan udara yang berlebih, biasanya sampai 30% dari kondisi normal untuk proses pembakaran dengan jumlah bahan bakar tertentu. Kondisi ini akan berkebalikan, apabila udara
25
pembakaran terlalu berlimpah (lebih 30%), udara justru akan mendinginkan proses pembakaran dan mati, karena panas banyak terbuang ke luar melalui gas bekas yang bercampur udara dingin sekunder. Dengan pemikiran yang sama, apabila jumlah udara kurang dari normal, yaitu terjadi overheating, material ruang bakar dan sudu-sudu turbin bekerja melampaui kekuatannya dan ruang bakar dapat pecah, hal ini berarti turbin gas berhenti bekerja atau proses pembakaran terhenti.
H.
Aplikasi Turbin Gas Salah satu contoh aplikasi turbin gas yang di gunakan adalah Pembangkit
Listrik Tenaga Gas (PLTG).
Gambar. Prinsip Kerja Unit Pembangkit Turbin Gas Gambar menunjukkan prinsip kerja PLTG. Udara masuk ke kompresor untuk dinaikkan tekanannya, kemudian udara tersebut dialirkan ke ruang bakar. Dalam ruang bakar, udara bertekanan ini dicampur dengan bahan bakar dan dibakar. Apabila digunakan bahan bakar gas (BBG), maka gas dapat langsung
26
dicampur dengan udara untuk dibakar, tetapi apabila digunakan bahan bakar minyak (BBM), maka BBM ini harus dijadikan kabut terlebih dahulu kemudian baru dicampur dengan udara untuk dibakar. Teknik mencampur bahan bakar dengan udara dalam ruang bakar sangat mempengaruhi efisiensi pembakaran. Pembakaran bahan bakar dalam ruang bakar menghasilkan gas bersuhu tinggi. Gas hasil pembakaran ini kemudian dialirkan menuju turbin untuk disemprotkan kepada sudu-sudu turbin sehingga energi (enthalpy) gas ini dikonversikan menjadi energi mekanik dalam turbin penggerak generator (dan kompresor udara) dan akhirnya generator menghasilkan tenaga listrik.
27
BAB III PENUTUP
A.
Kesimpulan Turbin gas adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk
memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin.
B.
Saran Dalam penulisan makalah ini terdapat banyak sekali kekurangan terutama
dalam hal pembahasan turbin gas. Karena referensi yang penulis dapatkan sangat minim sekali. Untuk itu saya harap kritik dan saran yang sifatnya membangun.
28
DAFTAR PUSTAKA
http://majarimagazine.com/2009/02/gas-turbine-engine-part-1/ http://majarimagazine.com/2009/02/gas-turbine-engine-part-2/ Sunyoto. 2008. Teknik Mesin Industri Jilid 3, [online], (http://www.crayonpedia.org/mw/BAB_16_Turbin_Gas_Sunyoto, diakses tanggal 06 Februari 2013 ) A.K.Raja, Amit Prakash Srivastava & Manish Dwivedi. Power Plant Engineering, [online], (http://books.google.co.id/books?id=P7kM_VZqxcC&printsec=frontcover&hl=id#v=onepage&q&f=false, diakses tanggal 06 Februari 2013 )
29
